利用一臺3D打印機(jī)，科學(xué)家將這些小水滴組裝成一種與膠狀物類似的物質(zhì)。
研究人員日前創(chuàng)造出一種水滴網(wǎng)絡(luò)，能夠模仿生物組織中的細(xì)胞的一些特性。利用一臺3D打印機(jī)，一個英國牛津大學(xué)的研究小組將這些小水滴組裝成為一種與膠狀物類似的物質(zhì)，從而能夠像肌肉一樣彎曲，并能夠像神經(jīng)細(xì)胞束一樣傳輸電信號，這一成果將來有望應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域。
研究人員在4月5日出版的美國《科學(xué)》雜志上報告了這一研究成果。
研究人員說，這樣打印出來的材料其質(zhì)地與大腦和脂肪組織相似，可做出類似肌肉樣活動的折疊動作，且具備像神經(jīng)元那樣工作的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可用于修復(fù)或增強(qiáng)衰竭的器官。由于這是合成材料，因此它還可避免一些用干細(xì)胞等方式制造活體組織而引發(fā)的問題。
這項研究的合作者、劍橋咨詢公司——這是一家技術(shù)轉(zhuǎn)移公司——的Gabriel Villar指出，這些網(wǎng)絡(luò)能夠包含多達(dá)35000個小水滴，從而有朝一日能夠成為一個合成人造組織或提供器官功能模型的平臺。他說：“我們想要看看到底能夠把對活體組織的模仿做到一個什么樣的境界。”
這一網(wǎng)絡(luò)依賴于每個小水滴都擁有一個脂質(zhì)涂層，它是將液滴放入一個油與一種純脂的精調(diào)混合物中后形成的。
這種脂分子具有一個親水的前端——它能夠黏附在水滴的表面，以及一個憎水的末端——它能夠戳到油脂溶液。當(dāng)兩個具有脂質(zhì)涂層的小水滴碰到一起后，利用由憎水末端形成的“氈毯”，它們能夠彼此像維可牢一樣緊緊地粘在一起，從而形成一個雙層脂膜，這一點與細(xì)胞膜非常類似。這種雙層脂膜從而在小水滴之間形成了一種結(jié)構(gòu)與功能。
盡管之前的研究已經(jīng)表明，具有脂質(zhì)涂層的小水滴能夠形成這樣的連接，但它們水汪汪的成分以及球形結(jié)構(gòu)使其非常難以組裝。“我已經(jīng)制造出了大量黏結(jié)在一起的小水滴，”并未參與此項研究的歐登塞市南丹麥大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師David Needham表示，“但是把它們打印出來真是一項成就。”
為了完成這項偉大的壯舉，當(dāng)時還是一名牛津大學(xué)黑根·貝利實驗室研究生的Villar研制出一臺打印機(jī)，它能夠從一根玻璃噴嘴向一個裝滿了油脂混合物的5毫米深的容器中噴射小水滴。當(dāng)這些小水滴沉入容器底部后，它們便獲得了自己的脂質(zhì)涂層。目前這種打印機(jī)噴出的液滴直徑約50微米，有5個活體細(xì)胞那么大，但相信將來能夠?qū)⒁旱纬叽缈s小。
一個電動平臺隨后非常輕微地移動著這個容器，從而使下一個液滴恰好能夠跌落在上一個液滴的上面或旁邊，并zui終形成一個形狀看起來像圓球、立方體，甚至城堡和花朵的水滴網(wǎng)絡(luò)。
Villar隨后加入了第二根噴嘴，從而使得兩種類型的液滴能夠同時被噴出。為了使網(wǎng)絡(luò)能夠彎曲，他將一層含鹽的液滴緊挨著低鹽的液滴打印出來。由于水能夠穿透雙層脂膜，從而使含鹽的液滴內(nèi)充滿了來自其鄰居的水，并zui終使整個結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎曲。而為了給電流創(chuàng)造一條路徑，Villar打印了一種包含有可在雙層脂膜上打洞的毒素的液滴，zui終使電流得以通過。
美國南卡羅來納州克萊姆森大學(xué)的生物工程師Karen Burg認(rèn)為，這項技術(shù)依舊太過于初級，而無法用于臨床環(huán)境，或用于模擬真實器官中。他說：“你可以長久而熱烈地討論，這些給你帶來有用信息的東西是多么的復(fù)雜。”
“如果他們的想象力真的能夠變成組織，我認(rèn)為他們依然有很長的路要走。”Needham說，“但我認(rèn)為他們正在一條正確的道路上前進(jìn)。”
近年來，3D打印技術(shù)飛速發(fā)展，從工程到航天，從教育到醫(yī)療，應(yīng)用越來越廣泛。今年2月，美國康奈爾大學(xué)研究人員就曾報告說，他們利用牛耳細(xì)胞通過3D打印機(jī)打印出人造耳朵。
